基于在线自适应控制器的未知噪声环境下四量子比特磁场估计最优探针态选择研究

《Sensors》：Cost-Aware Online Switching of Four-Qubit Probe States for Quantum Magnetometry Under Non-Stationary Noise

　　

摘要

利用纠缠探针态可以增强量子磁测量，但最优探针的选择很大程度上取决于制备过程中涉及的噪声、读出误差和成本。本文对四量子比特磁场估计实验的模拟进行了分析，其中通过在线控制器自适应地选择最优探针态，该控制器在不了解底层噪声模型的情况下，利用延迟和自洽反馈在乘积态和GHZ态探针之间进行切换。该控制器的性能与八种平稳和非平稳噪声环境下的验证选择固定探针态策略、后见之明固定探针策略、固定乘积探针策略、固定GHZ探针策略、固定图态探针策略以及基于神谕的动态探针策略进行了比较。在实际实验中，使用了20个随机种子，每种噪声场景1200个时间步，以及在局域退相干伴随读出误差情况下每个时间步2000次测量。滑动窗口控制器得出的总体均方根误差为0.015542，而验证选择的固定探针态为0.017305，固定乘积态为0.017330，固定GHZ态为0.017821，固定图态为0.061184。对160个试验案例进行配对置换检验，得出与验证选择的固定探针态相比，平均RMSE差异为，对应。自适应算法在八种噪声环境中的七种环境中提升了性能，但在恒定高噪声场景中的表现仍不够理想，比恒定高噪声场景下的全局固定基线差5.4%。